đồ án môn học thiết kế đập đất

Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

THIẾT KẾ ĐẬP ĐẤT
A- TÀI LIỆU CHO TRƯỚC :
I/ Nhiệm vụ công trình : Hồ chứa H trên sông S đảm nhận các nhiệm vụ sau .
1> Cấp nước tưới cho 165.000 ha ruộng đất canh tác.
2> Kết hợp nuôi cá ở lòng hồ và cấp nước phục vụ dân sinh ở hạ lưu.
II/ Các công trình chủ yếu ở khu đầu mối :
1> Một đập chính ngăn nước.
2> Một đường tràn tháo lũ sang khu vực khác.
3> Một cống đặt dưới đập để lấy nước tưới.
III/ Tóm tắt một số tài liệu cơ bản :
1> Địa hình : Cho bình đồ vùng tuyến đập.
2> Địa chất : Cho mặt cắt địa chất dọc tuyến đập. Chỉ tiêu cơ lý của lớp bồi tích lòng
sông cho ở bảng I. Tầng đá gốc rắn chắc mức độ nứt nẻ trung bình, lớp phong hóa dày 0,5 –
1m.
3> Vật liệu xây dựng :
a> Đất : Xung quanh vị trí đập có các bãi vật liệu sau:
- Bãi vật liệu A : Trữ lượng 800.000 m3 cự ly 800 m .
- Bãi vật liệu B : Trữ lượng 600.000 m3 cự ly 600 m .
- Bãi vật liệu C : Trữ lượng 1.000.000 m3 cự ly 1000 m .
Chất đất thuộc loại thịt pha cát, thấm nước tương đối mạnh các chỉ tiêu như ở bảng
I. Điều kiện khai thác dễ.
Đất sét có thể khai thác tại vị trí cách đập 4km trữ lượng đủ làm thiết bị chống thấm.
b> Đá : Khai thác ở vị trí cách công trình 8 km, trữ lượng lớn, chất lượng đảm bảo
đắp đập, lát mái. Một số chỉ tiêu cơ lý : ϕ = 360; n = 0,4; γ k = 2,55 T/m3 (của hòn đá).
c> Cát sỏi : Khai thác ở các bãi dọc sông, cự ly xa nhất là 3 km, trữ lượng đủ làm
tầng lọc. Cấp phối như ở bảng II.
Bảng I : Chỉ tiêu cơ lý của đất nền và vật liệu đắp đập

Chỉ tiêu
Loại

HS
rỗng
N

Độ
ẩm
W%

Đất đắp đập (chế bị)
Sét (chế bị)
Cát
Đất nền

0,35
0,38
0,40
0,39

20
22
18
24

ϕ (độ)
bão
ẩm
hòa

23
20
17
13
30
27
26
22

C (T/m2)
bão
ẩm
hòa
3,0
5,0
0
1,0

γk
(T/m3)

k
(m/s)

1,62
1,58
1,60
1,59

10-5

4.10-8
10-4
10-6

2,4
3,0
0
0,70

Bảng II : Cấp phối của các vật liệu đắp đập
d (mm)
Loại
Đất thịt pha cát
Cát
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

d10

d50

d60

0,005
0,05

0,05
0,35

0,08
0,40

Lớp TH11

Trang - 1 -


Đồ án môn học Thủy Công
Sỏi

Thiết kế Đập Đất
0,50

3,00

5,00

4> Đặc trưng hồ chứa :
- Các mực nước trong hồ và mực nước hạ lưu (bảng III).
- Tràn tự động có cột nước trên đỉnh tràn Hmax = 3m.
- Vận tốc gió tính toán :
Bảng III :
P (%)
V (m/s)

2
32

4
26

20
17

30
14

50
12

- Chiều dài truyền sóng ứng với MNDBT : D (bảng III)
- Ứng với MNDGC : D’ = D + 0,4 km.
- Đỉnh đập không có đường giao thông chạy qua.
5> Tài liệu thiết kế cống :
- Lưu lượng lấy nước ứng với MNDBT và MNC (QTK) : bảng 3
- Mực nước khống chế đầu kênh dưới : bảng 3.
- Tài liệu về kênh chính : m = 1,5; n = 0,025; i = 10-3 ÷ 10-5.

B- NỘI DUNG THIẾT KẾ
I/ Đập đất :
1> Thuyết minh :
- Phân tích chọn tuyến đập, hình thức đập;
- Xác định các kích thước cơ bản của đập;
- Tính toán thấm và ổn định;
- Chọn cấu tạo chi tiết.
2> Bản vẽ :
- Mặt bằng đập.
- Cắt dọc đập (hoặc chính diện hạ lưu);
- Các mặt cắt ngang đại biểu ở giữa lòng sông và bên thềm sông;
- Các cấu tạo chi tiết.
II/ Cống ngầm :

1> Thuyết minh :
- Phân tích chọn loại cống và vị trí đặt cống;
- Tính toán thủy lực xác định các kích thước cơ bản cống;
- Chọn cấu tạo các bộ phận cống;
-Phân tích lực để tính toán kết cấu thân cống.
2> Bản vẽ :
- Cắt dọc, cắt ngang cống.
- Mặt bằng.
- Chính diện thượng, hạ lưu.
- Các cấu tạo chi tiết.
Bảng IV : Tài liệu thiết kế đập đất và cống ngầm
Đề
số

Sơ
đồ

Đặc trưng hồ chứa

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Mực nước hạ
lưu (m)

Lớp TH11

Q cống (m3/s)

Trang - 2 -

Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

D
(km)

MNC
(m)

MNDBT
(m)

Bình
Thường

max

khi MNC
(QTK)

khi
MNDBT

Mực
nước đầu
kênh (m)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

39

D

7

91,0

109,0

87,5

89,5

4,4

3,5

90,78

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU
I. NHIỆM VỤ CÔNG TRÌNH :
Hồ chứa nước H trên sông S là công trình lợi dụng tổng hợp, có các nhiệm vụ chính sau :
- Cung cấp nước tưới cho 165.000 ha ruộng đất canh tác;
- Nuôi cá ở lòng hồ;
- Cấp nước phục vụ dân sinh ở hạ lưu.
II. CÁC CÔNG TRÌNH CHÍNH Ở KHU ĐẦU MỐI :
- Một đập chính ngăn sông;
- Một đường tràn tháo lũ sang lưu vực khác;
- Một cống đặt dưới đập để lấy nước tưới.
III. CHỌN TUYẾN ĐẬP :
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 3 -


ỏn mụn hc Thy Cụng

Thit k p t

Cn c vo ti liu a hỡnh, a cht, vt liu, iu kin thi cụng v cỏc yu t khỏc,
tuyn p c chn ti v trớ D - D.
1> V i hỡnh :
Tuyn p cú cao trỡnh thay i t 80m ữ 130m, vựng trng nht 80m. Tuyn
ni lin 2 ngn i cú 130m.
Cn c vo ng ng mc trờn bn i hỡnh ta thy dc tuyn p tng
i u.
2> V i cht :
Vựng trng gia tuyn p nm trờn lp bi tớch thm sụng cú chiu dy 18,5m bờn
di l tng ỏ gc. Hai u tuyn p nm trờn lp ph tn tớch, bờn di cng l tng ỏ
gc.
3> V vt liu :
Qua quỏ trỡnh kho sỏt, ỏnh giỏ tỡnh hỡnh vt liu, xung quanh v trớ d kin xõy
dng p cú nhiu bói vt liu vi tr lng v cht lng m bo, nm khu vc vn
chuyn, khai thỏc tng i d dng. C ly vn chuyn v tr lng nh sau :
Tờn bói vt liu

Loi

C ly (m)

Tr lng (m3)

A
B
C
D
E
G

t
t
t
Sột
ỏ
Cỏt si

800
600
1.000
4.000
8.000
Dc sụng

800.000
600.000
1.000.000




4> iu kin thi cụng :
Cụng trỡnh nm trong thung lng, ng giao thụng cha cú, nờn phi lm ng thi
cụng tp kt xe mỏy, thit b thi cụng v nguyờn vt liu vo xõy dng cụng trỡnh. Mt
khỏc, vi a hỡnh ni d kin xõy dng cụng trỡnh khi cú l thng lu tc ,lu lng ln
gõy nguy him cho vic thi cụng v lm chm tin xõy dng CT nờn cn cú bin phỏp
phũng chng tt, phi cú bin phỏp dn dũng v thoỏt l hiu qu.

CHNG II :

HèNH THC P V CC CH TIấU THIT K
I. HèNH THC P:
Cn c vo ti liu i hỡnh, i cht v vt liu ta chn hỡnh thc l p t ng
cht, loi cú tng nghiờng sõn ph.
II. CP CễNG TRèNH V CH TIấU THIT K:
1>Cp cụng trỡnh :
Cp cụng trỡnh c xỏc nh t hai iu kin sau:
a>Theo chiu cao cụng trỡnh v loi nn: xỏc nh chiu cao p, s b chn:
nh p = MNDGC + d
MNDGC = MNDBT + Hmax = 109 + 3 = 112 (m)
nh p = 112 + 2 = 114 (m)
(d : vt cao an ton nh p trờn mc nc l d = 1,5 ữ 3,0 m).
Chiu cao p = ẹặNHẹAP - ẹAY SONG = 114 80 = 34 (m).
Tra bng P1-1 theo dng nn ( theo TCVN 5060-90) => cụng trỡnh thuc cp III
SV: Nguyn Xuõn Trng Sn

Lp TH11

Trang - 4 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

b> Theo nhiệm vụ công trình và vai trò công trình trong hệ thống :
Tra bảng P2-2 (theoTCVN 5060-90.)
Tưới 165.000 ha ⇒ công trình thuộc cấp II (chủ yếu); cấp III (thứ yếu).
Kết luận : Từ 2 điều kiện trên, chọn cấp của công trình là cấp II.
2> Chỉ tiêu thiết kế :

Với công trình cấp II ta xác định được :
- Tần suất lưu lượng, mực nước lớn nhất (bảng P1-3) ⇒ P% = 0,5.
- Hệ số tin cậy (bảng P1-6) : Kn = 1,20.
- Tần suất gió lớn nhất và gió bình quân lớn nhất dựa theo QPTL C1-78 (bảng P2-1)
để xác định cao trình đỉnh đập và giới hạn gia cố.
Tần suất gió lớn nhất P4% ⇒ V4% = 26 (m/s).
Tần suất gió bình quân lớn nhất P50% ⇒ V50% = 12 (m/s).
- Mức đảm bảo sóng lấy theo bảng P2-2 (Để tính ổn định và độ bền công trình). Công
trình có biến dạng nghiêng gia cố đá đổ i = 1%.
- Độ vượt cao an toàn của đỉnh đập trên đỉnh sóng lấy theo bảng 5-1.GTTC1 trang 93
đối với :
MNDBT
a = 0.7 (m) .
MNDGC
á = 0,5 (m) .
- Hệ số an toàn cho phép về ổn định trượt cho phép của mái đập đất lấy theo bảng
P1-7 QPVN 11-77 ⇒ Tổ hợp tải trọng chủ yếu Kc = 1,30 .
Tổ hợp tải trọng đặc biệt Kc = 1,15.

CHƯƠNG III :
XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA ĐẬP ĐẤT
I. XÁC ĐỊNH CAO TRÌNH ĐỈNH ĐẬP :
1> Cao trình đỉnh đập : Được xác định từ hai mực nước MNDBT và MNDGC :
∇ ĐỈNH ĐẬP (1) = MNDBT + ∆h + hsl + a
(2-1)
∇ ĐỈNH ĐẬP (2) = MNDGC + ∆h’ + hsl’ + a’ (2-2)
Trong đó :
- ∆h và ∆h’: độ dềnh do gió ứng với gió tính toán lớn nhất và gió bình quân lớn nhất.
- hsl và hsl’: chiều cao sóng leo (có mức bảo đảm 1%) ứng với gió tính toán lớn nhất và
gió bình quân lớn nhất.

- a, a’: Độ vượt cao an toàn.
Từ (2-1) và (2-2) chọn kết quả cao nhất để xác định cao trình đỉnh đập.
2> Các bước tính toán :
a> Xác định ∆ h, ∆ h’: Xác định ∆h, ∆h’ theo công thức sau:
V2D
∆h = 2.10 −6
cos β (m)
(2-3)
gH 1
2

'

∆h = 2.10

−6

V' D '
cos β
gH 2

Trong đó :
V : Vận tốc gió tính toán lớn nhất
V’ : Vận tốc gió bình quân lớn nhất
D : Đà sóng ứng với MNDBT
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

(m)

(2-4)

V = 26 (m/s) .
V’= 12 (m/s) .
D = 7 (km) = 7000 (m) .
Lớp TH11

Trang - 5 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

D’ : Đà sóng ứng với MNDGC
D’= D + 0,4 = 7,4 (km) = 7400 (m) .
g : Gia tốc trọng trường
g = 9,81 (m/s2) .
H, H’ : Chiều sâu nước trước đập
H = 109 - 80 = 29 (m) với MNDBT
H’ = 112 - 80 = 32 (m) với MNDGC
 β : Góc kẹp giữa hướng gío tính toán với trục dọc của hồ (Hướng gió do Thủy Văn
cung cấp) : β  ⇒ cos β 
Thay các trị số vào (2-3)
26 2 .7000
∆h = 2.10 −6
.0 ,966 = 0,0321 (m)
9 ,81.29
2
− 6 12 .7400
∆h' = 2.10

.0 ,966 = 0,00656 (m)
9 ,81.32
b> Xác định hsl, hsl’:
Theo QPTL C1 – 78 chiều cao sóng leo ứng với mức bảo đảm 1%. Tính như sau :
hsl1% = k1.k2.k3.k4.hs1% (2-5)
Trong đó: Giả thiết trường hợp đang xét là sóng nước sâu H > 0,5 λ (2-6).
Tính các đại lượng không thứ nguyên:
gt gt gD gD'
;
;
; 2
V V' V 2 V '
Trong đó : t là thời gian gió thổi liên tục, với hồ chứa lấy t = 6h = 21.600 s.
gt 9 ,81 × 21600
gt 9,81 × 21600
=
= 8149 ;
=
= 17658 ;
V
26
V'
12
gD 9 ,81 × 7000
gD' 9 ,81 × 7400
=
= 101,583 ;
=
= 504 ,125 ;
2

2
V
26
V' 2
12 2
Tra đồ thị P2-1 xác định được :
ghS
ghS '
26 2 × 0 ,018
12 2 × 0 ,032
= 0 ,018 ⇒ hS =
= 1,240 ;
= 0 ,032 ⇒ h' S =
= 0 ,470 ;
9 ,81
9 ,81
V2
V' 2
gτ
26 × 1,6
gτ'
12 × 2,5
= 1,6 ⇒ τ =
= 4 ,241 ;
= 2,5 ⇒ τ' =
= 3 ,058
V
9 ,81
V'
9 ,81

Trị số λ xác định như sau:
gτ 2 9 ,81 × 4 ,2412
λ=
=
= 28 ,096 (m)
2π
2 × 3 ,14
2

gτ'
9 ,81 × 3 ,058 2
λ' =
=
= 14 ,608 (m)
2π
2 × 3 ,14
* Kiểm tra lại điều kiện sóng nước sâu theo (2-6) :
H > 0,5λ
H = 29 (m) (Ứng với MNDBT )
0.5λ = 0,5*28,096 = 14,048 (m) < H = 29 (m)
1
Chứng tỏ giả thiết sóng nước sâu là đúng, MNDBT thỏa mãn dĩ nhiên MNDGC là
sóng sâu.
- Tính hs1% = K1% hs (2-7),
Tra hình P2-2
gD
h
= 101,583 ), ta có: Ki = i = 2,02
+ Ứng với MNDBT (i = 1%;
2

V
h
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 6 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

⇒ hS1% = hi = KI .hs = 2,02×1,240 = 2,50 (m)
gD'
h'
= 504 ,125 ), ta có: Ki = i = 2,01
+ Ứng với MNDGC (i = 1%;
2
V'
h'
⇒ h’S1% = h’i = KI.h's = 2,01×0,47 = 0,987 (m)
k1, k2 tra bảng P2-3 (Trang 137 PL)
Độ nhám mặt bằng đá lát ∆ = 0,02
Ứng với độ nhám tương đối:
∆
0 ,02
=
= 0 ,008 ⇒ k1 = 1 ; k2 = 0,9
+ Với MNDBT: ∆/hs1% = h

2,50
s 10 0
+ Với MNDGC: ∆/h'1% = 0,02 ⇒ k1 = 0,90 và k2 = 0,80
k3 :Tra bảng P2-4 phụ thuộc vận tốc gió và hệ số mái, ở đây dự kiến sơ bộ chọn m = 3,5 với :
V = 26(m/s) và V' = 12 (m/s) ⇒ k3 = 1,5
k4 : Tra từ đồ thị P2-3 phụ thuộc hệ số mái m và tỷ số λ/hsl%
λ
28 ,096
=
= 11,24 ⇒ k4 = 1,3 ;
hs1%
2,50
λ'
14 ,608
=
= 14,8 ⇒ k4 = 1,5 ;
h' s1%
0 ,987
Thay các giá trị trên vào (2-5) :
hsl1% = 1*0,9*1,5*1,3*2,50 = 4,39 (m)
h'sl1% = 0,90*0.80*1,5*1,5*0,987 = 1,60 (m)

TRƯỜNG HỢP
MNDBT = 109
MNDGC = 112

Kết quả tính toán cao trình đỉnh đập
∆h(m)
Hsl(m)
a (m)

0,0321
4,39
0,7
0,00656
1,60
0,5

∇(m)
114,122
114,107

Với kết quả tính toán như trên ta chọn cao trình đỉnh đập là: ∇ ÑÆNH ÑAÄP = 114 (m)
II. CHIỀU RỘNG ĐỈNH ĐẬP :
Theo qui phạm đập có H< 40 m và do không yêu cầu giao thông, bề rộng đỉnh đập được
chon theo cấu tạo B = 5m. đập
III. MÁI VÀ CƠ :
1> Mái đập :
Sơ bộ chọn mái theo công thức kinh nghiệm sau này sẽ được chính xác hóa trong tính
toán ổn định
- Mái thượng lưu : m1 = 0,05 H +2 ; với H =114 –80= 34 (m)
m1 = 0,05.34 +2 = 3,7; chọn m1 = 4,0
- Mái hạ lưu:
m2 = 0,05 H + 1,5
m2 = 0,05.34 + 1,5 = 3,2; chọn m2 = 3,5
2/ Cơ đập : Đập cao trên 10m nên bố trí cơ ở mái hạ lưu như sau:
- Chiều rộng cơ đập b = 3 (m)
- Cao trình cơ ∇ CÔ ÑAÄP = 95 (m)
- Hệ số mái trên cơ mt = m2 = 3,0
- Hệ số mái dưới cơ md = m3 = 3,5
IV. THIẾT BỊ CHỐNG THẤM :

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 7 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

Qua tài liệu được cung cấp, đất đắp đập và đất nền lớp trên có hệ số thấm khá lớn
nên cần có thiết bị chống thấm cho thân đập và nền.
Từ tài liệu đã cho ta phân ra 3 đoạn như sau :
- Đoạn lòng sông dài khoảng 250 (m): Trên cùng là lớp bồi tích có chiều dày trung
bình 15m, hệ số thấm kn = 10-6 m/s.
- Đoạn thềm phải và thềm trái: 50 (m) trên là lớp phủ tàn tích có chiều dày trung
bình 1,5 (m) có hệ số thấm bằng hệ số thấm của đoạn thềm sông ứng với mỗi đoạn,mỗi dạng
tầng thấm ta chọn thiết bị chống thích hợp. Ở đây, ta chọn thiết bị chống thấm kiểu tường
nghiêng sân phủ bằng vật liệu tại chỗ (đất sét).
Trong đó : Đoạn thềm phài và thềm trái do tầng phong hoá mỏng, ta bỏ và làm sân
phủ theo cấu tạo.
Đoạn lòng sông làm sân phủ.
SƠ BỘ KÍCH THƯỚC
- Đỉnh tường chọn δ 1 => 0,8 (m);
chọn δ 1 = 1 (m)
1
1
H ≤ δ2 ≤ 2 H
- Chân tường

10
4
Trong đó :
H là cột nước lớn nhất = MNDGC – ∇ ÑAÙY ÑAÄP = 112 – 80 = 32 (m)
* Vậy chọn chiều dày chân tường δ 2 = 8 (m)
Cao trình đỉnh tường nghiêng: Chọn không thấp hơn cao trình MNDGC ở thượng
lưu, chọn ∇ đt = 113 (m)
Chiều dày sân phủ:
- Ở đầu:
t1 ≥ 0,5 m
⇒ chọn t1 = 1 m
1
t 2 ≥ H ⇔ t 2 ≥ 2,8m ,
- Ở cuối:
10
chọn t2 = 3,0 m.
Chiều dày sân phủ: LS = (3 ÷ 5)H.
Lấy LS = 4.H = 128 (m).
V. THIẾT BỊ THOÁT NƯỚC THÂN ĐẬP :
- Đoạn lòng sông:
Hạ lưu có nước, chiều sâu nước hạ lưu ứng với các trường hợp là:
MNDBT : H = 87,5 – 80 = 7,5 (m).
MNDGC : H = 89,5 – 80 = 9,5 (m).
Với chiều sâu nước hạ lưu không quá lớn chọn kiểu thoát nước hình lăng trụ.
Cao trình đỉnh lăng trụ được chọn cao hơn nước hạ lưu max = (1,0 ÷2) m.
Vậy :
+ Cao trình đỉnh lăng trụ
∇ đlt = 89,5 + 1,5 = 91 (m).
Khối lăng trụ được xếp bằng đá hộc, có bề rộng đỉnh B = 2m, hệ số mái m4 = 1,5
Mặt tiếp giáp của lăng trụ với đập và nền đều bố trí tầng lọc ngược bằng cuội, sỏi.

- Đoạn sườn đồi :
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 8 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

Ứng với hạ lưu không có nước, sơ đồ đơn giản nhất được chọn là thoát nước kiểu áp
mái. Khi cần thiết hạ thấp đường bão hòa có thể chọn kiểu gối phẳng hay ống dọc.

CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN THẤM QUA ĐẬP VÀ NỀN
I.NHIỆM VỤ, TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN :
1> Nhiệm vụ :
- Xác định lưu lượng thấm.
- Xác định dường bão hòa trong thân đập.
- Kiểm tra độ bền thấm của đập và nền.
2> Các trường hợp tính toán :
Trong thiết kế đập đất cần được tính với các trường hợp làm việc khác nhau của đập
như sau:
- Thượng lưu là MNDBT, hạ lưu là mực nước min.
- Thượng lưu là MNDGC, hạ lưu là mực nước max.
- Ở thượng lưu mực nước rút đột ngột.
- Trường hợp thiết bị thoát nước làm việc không bình thường.
Trong đồ án môn học chỉ yêu cầu tính với trường hợp thứ nhất.

3> Các mặt cắt tính toán :
Yêu cầu của đồ án tính với 2 mặt cắt đại biểu:
- Mặt cắt lòng sông (chỗ tầng thấm dày nhất).
- Mặt cắt sườn đồi (đập trên nền không thấm nước).
4> Tài liệu dùng cho tính toán :
- MNDBT = 109 (m), mực nước hạ lưu tương ứng 87,5 (m).
- MNDGC = 112 (m), mực nước hạ lưu tương ứng 89,5 (m).
Đất đắp đập và đất nền có các chỉ tiêu như bảng I.
II. TÍNH THẤM CHO MẶT CẮT LÒNG SÔNG :

Nền đập lớp trên là lớp bồi tích có chiều dày 18,5 (m), có hệ số thấm kn = 10-6 (m/s).
Đất đắp đập là thịt pha cát, có hệ số thấm kđ = 1.10-5 (m/s).
Tầng thấm như vậy là quá dày và hệ số thấm khá lớn. Biện pháp xử lý thấm ở đây ta
chọn theo hình thức:
+ Tường nghiêng + sân phủ bằng đất sét.
+ Thiết bị thoát nước hạ lưu loại lăng trụ bằng đá đổ.
1> Sơ đồ tính: SƠ ĐỒ TÍNH THẤM QUA MẶT CẮT LÒNG SÔNG (SƠ ĐỒ 1)
2> Lưu lượng thấm:
Dùng phương pháp phân đoạn để tính, bỏ qua chiều cao hút nước ao ở cuối dòng
thấm, lưu lượng q và độ h3 được xác định từ hệ phương trình sau:
( h1 − h 3 ) T
q = kn
(3-1)
0,44T + L S + mh 3
h 32 − h 22
( h3 − h2 )T
+ kn
(3-2)
2( L − mh 3 )
L − mh 3 + 0,44T

Trong đó: T - Chiều dày tầng thấm
T = 18,5 (m)
LS –Chiều dài sân phủ
L = 128m
L - Chiều dài đáy đập L =(4,0x34)+5+(3,5x13)+3+(10x3,5)-(1,5x4) = 181 (m)
q = kñ

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 9 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

h1 - Cột nước thượng lưu ứng với MNDBT:
h1 = 109 - 80 = 29 (m).
h2 – Cột nước hạ lưu
h2 = 87,5 - 80 = 7,5 (m).
h3 – Chiều cao phía thượng lưu của đường bão hòa.
kđ = 1.10-5m/s ; kn = 1.10-6m/s .
m: hệ số mái đập thượng lưu m = 3,5
Thay các trị số vào công thức (3-1) và (3-2) ta có :
( 29 − h3 ) 18 ,5
( 29 − h3 )18 ,5
q = 1.10 −6
= 1.10 −6

(3-1')
0 ,44 × 18 ,5 + 128 + 3 ,5 h3
136 ,14 + 3 ,5 h3

h32 − 3 2
( h − 7 ,5 ) 18 ,5
q = 1.10
+ 1.10 −6 3
(3-2')
2( 181 − 3 ,5 h3 )
189,8 − 3 ,5 h3
Để giải được hệ phương trình trên, ta giả thiết các giá trị của h 3, thay vào hệ để tìm
q, thử dần cho đến khi q (3-1') = q (3-2'), ta có kết quả giải hệ phương trình lưu lượng thấm
như sau:
h3 = 20,62 (m); q = 0,074.10-5 (m3/s - m).
3> Đường bão hòa:
Trong hệ trục như sơ đồ 1, phương trình đường bão hòa có dạng như sau :
−5

h 32 − h 22
.X
(3-3)
L − mh 3
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG BẢO HÒA
(Cho mặt cắt lòng sông)
X
0
20
40
60

80
100
120 144.08
Y
20.62 19.34 17.97 16.48 14.84 13.00 10.86
7.50
Từ kết qủa này, ta vẽ được đường bão hòa trong thân đập như ở sơ đồ 1.
4> Kiểm tra độ bền thấm :
Với đập đất, độ bền thấm bình thường (xói ngầm cơ học, trôi đất) có thể đảm bảo
được nhờ bố trí tầng lọc ngược ở thiết bị thoát nước (mặt tiếp giáp với thân đập và nền).
Ngoài ra, cần kiểm tra độ bền thấm đặc biệt để ngăn ngừa sự cố trong trường hợp
xảy ra thấm tập trung tại một điểm bất kỳ trong thân đập hay nền.
- Với thân đập, cần phải đảm bảo điều kiện : Jkđ ≤ [ Jkđ ]
h3 − h2
20 ,62 − 7 ,5
ñ
=
= 0 ,09 (3-4)
Trong đó : J k =
L − mh3
72,17
[ Jkđ ] phụ thuộc vào loại đất đắp đập và cấp công trình được tra từ bảng P3-3 (theo C III53-73). Tra được [ Jkđ ] = 0,65.
So sánh ta thấy Jkđ = 0,09 < [ Jkđ ] = 0,65. Vậy an toàn về xói trong thân đập.
- Với nền đập, cần phải đảm bảo điều kiện : Jkn ≤ [ Jkn ]
h1 − h2
29 − 7 ,5
n
=
= 0 ,06 (3-5)
Trong đó : J k =

LS + L + 0 ,88T 128 + 216 ,25 + 0 ,88 × 18 ,5
[ Jkn ] lấy theo bảng P3-2 (theo C III – 12 – 67) với công trình cấp II, nền bồi tích
thềm sông, [ Jkn ] = 0,25.
So sánh ta thấy Jkn = 0,06 < [ Jkn ] = 0,25. Vậy an toàn về xói ngầm trong nền.
Y = h 32 −

III. TÍNH THẤM CHO MẶT CẮT SƯỜN ĐỒI :

Với tài liệu địa hình, địa chất đã cho sơ đồ chung cho mặt cắt sườn đồi là đập đất
trên nền không thấm nước, hạ lưu không có nước, thiết bị thoát nước kiểu áp mái.
1> Sơ đồ tính: SƠ ĐỒ TÍNH THẤM QUA MẶT CẮT SƯỜN ĐỒI (SƠ ĐỒ 2)
2> Lưu lượng thấm:
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 10 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

Theo phương pháp phân đoạn, lưu lượng thấm q, các độ sâu h 3, a0 được xác định từ
hệ 3 phương trình sau: (chọn mặt cắt có cao độ đáy đập sau khi đã bóc bỏ lớp phủ là 95 (m)
để tính toán)
h 12 − h 32 − Z 20
(3-6)
q = k0
2δ.Sinα

h 23 − a 20
q = kñ
(3-7)
2L − m 1 h 3 − m 2 a 0
a0
q = kñ
(3-8)
m 2 + 0,5
Trong đo: δ = 2,0 (m) chiều dày trung bình của tường nghiêng
m1 = 4,0
m2 = 3,5
L = 4,0x19+5+3,5x19 = 147,5 (m).
h1 = (109 – 95) = 14 (m).
Z0 = δsin(900- 1,94 (m).
α = 14020’ góc nghiêng mái thượng lưu
sinα = 0,2232
kđ = 1.10-5 (m/s) ; k0 = 4.10-8 (m/s) ;
Thay các trị số vào công thức hệ phương trình trên ,và giải hệ theo phương pháp thử
dần như sau:
- Giả thiết h3 thay vào phương trình (3-6) giải ra tính được q.
- Thay q vào phương trình (3-8), tính được a0.
- Thay a0 và h3 vào phương trình (3-7), tính được q.
Thử dần cho đến khi q tính được từ 3 phương trình bằng nhau là được, ta có kết quả
giải hệ phương trình lưu lượng thấm như sau:
h3 = 9,5 (m); a0 = 0,68 (m); q = 3,6210-6 (m3/s ).
3> Đường bão hòa:
Trong hệ trục như trên sơ đồ 2, phương trình đường bão hòa có dạng :
2q
Y = h 32 −
.X

(3-9)
kñ
KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐƯỜNG BÃO HÒA
(Cho mặt cắt sườn đồi)
X
0
20
40
60
70
110
Y
9,5
8,61
7,63
6,49
5,84
1,30
Từ kết qủa này, ta vẽ được đường bão hòa trong thân đập như ở sơ đồ 2.
4> Kiểm tra độ bền thấm đặc biệt:
- Với thân đập, cần phải đảm bảo điều kiện : Jkđ ≤ [ J'kđ ]
h3
4,57
k
=
= 0,06 (3-10)
Trong đó : J ñ =
L − mh 3 89,5 − 3,5.4,57
So sánh ta thấy Jkđ = 0,06 < [ Jkđ ] = 0,65. Vậy an toàn về xói trong thân đập.

CHƯƠNG V

TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH MÁI ĐẬP

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 11 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

I/ TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN: Theo qui phạm qui định, khi thiết kế đập đất cần kiểm tra
ổn định với các trường hợp sau:
1> Cho mái hạ lưu :
- Khi thượng lưu là MNDBT, hạ lưu chiều sâu nước lớn nhất có thể xảy ra, thiết bị
chống thấm và thoát nước làm việc bình thường (tổ hợp cơ bản).
- Khi thượng lưu MNDGC, sự làm việc bình thường của thiết bị thoát nước bị phá
hoại (tổ hợp đặc biệt).
2> Cho mái thượng lưu :
- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDBT đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ
hợp cơ bản).
- Khi mực nước ở thượng lưu ở cao trình thấp nhất (nhưng không nhỏ hơn 0,2H đập)
-tổ hợp cơ bản.
- Khi mực nước hồ rút nhanh từ MNDGC đến mực nước thấp nhất có thể xảy ra (tổ
hợp đặc biệt).
Trong phạm vi đồ án môn học này, chỉ giới hạn kiểm tra ổn định cho mái hạ lưu,

trường hợp tổ hợp cơ bản.
II/ TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP CUNG TRƯỢT :
1> Phương pháp tính toán :
Trong thực tế mặt trượt của mái đập là mặt cong ,song để đơn giản ta coi đó là một
phần của mặt trụ ,cắt một dải thân đập có l=1m và tính toán theo bài toán phẳng.
a> Xác định vùng chứa cung tâm trượt nguy hiểm:
Kết hợp 2 phương pháp của Filennit và Fandeep để xác định cung tâm trượt nguy
hiểm:
* Phương pháp Fandeep:
Qua điểm giữa của mái đập vẽ một đường thẳng đứng và một đường thẳng hợp với
mái đập một góc 850, từ điểm đó làm tâm vẽ cung tròn có bán kính R và r, các bán kính này
phụ thuộc vào chiều cao và mái dốc đập.
Với Hđ = 34 (m); mtb = 3,0 mái đập trung bình .Tra bảng (4-1) GTTC tập I ta có:
R/Hđ = 2,3 ⇒ R = 69 (m); r/Hđ = 1,0 ⇒ r = 30 (m).
Các cung này cắt các đường thẳng trên tạo thành hình thang cong. Tâm cung trượt
nguy hiểm được giới hạn bởi hình thang cong trên.
* Phương pháp Filennit:
Theo phương pháp này thì tâm cung trượt nguy hiểm nằm lân cận trên đường MM 1.
Xác định điểm M và M1 như sau: Với hệ số mái mtb = 3,25, tra bảng (4-2) GTTC tập I được
α = 35o ; β = 25o .Từ đó ta xác định được điểm M 1 bằng cách kẻ 2 đường hợp với phương
ngang của đỉnh đập 1 góc α và hợp với mái đập hạ lưu 1 góc β, giao điểm của 2 đường này
là điểm M1. Từ đáy hạ lưu đập dựng 1 đường thẳng vuông góc xuống dưới có độ sâu là H đ;
từ điểm đó dựng đường nằm ngang có chiều dài 4,5H đ, xác định được điểm M.(xem hình vẽ
sau).
b> Xác định hệ số ổn định Kminmin:
Từ 3 điểm trên MM1 vẽ 3 cung đi qua điểm A ở chân hạ lưu đập, xác định được K min;
Từ điểm cho Kmin ta đựng 1 đường vuông góc với MM 1, vẽ 3 cung đi qua điểm A như trên,
xác định được Kminmin của điểm chân ra A. Làm tương tự với các điểm chân ra khác lân cận
điểm A ta sẽ xác định được Kminminmin.
Trong phạm vi đồ án này, chỉ yêu cầu tìm Kminmin ứng với điểm chân ra A ở chân đập.

2> Các bước tính toán :
- Chia khối trượt thành các dải có chiều rộng b; chọn b = 10 (m)
- Áp dụng công thức tính hệ số an toàn của Ghecxevanốp:
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 12 -


Đồ án môn học Thủy Công
K=

Thiết kế Đập Đất

∑(N

n

− Wn ) .tgϕ n + ∑ C n l n

∑T

(4-1)

n

ϕ n, Cn
ln
Wn

: Góc ma sát trong và lực dính đơn vị ở đáy dải thứ n.
: Bề rộng đáy dải thứ n.
: Ap lực thấm ở đáy dải thứ n.
Wn = γ n* hn* ln
hn
: Chiều cao cột nước tính từ đường bảo hòa tới đáy dải.
Nn, Tn : Thành phần pháp tuyến và tiếp tuyến của trọng lượng dải Gn.
Nn = Gncosα n
: Tn = Gnsinα n
Gn = b(∑γ iZi)n.
Zi
: Chiều cao phần dải tương ứng có dung trọng γ i
γ1
: Với đất ở trên đường bảo hòa lấy theo dung trọng tự nhiên.
γ2
: Với đất ở dưới đường bảo hòa lấy theo dung trọng bảo hòa
Công thức tính đổi các chỉ tiêu cơ lý của các loại đất : tài liệu cho γ kđ
γ tnđ = γ kđ (1+W); γ bhđ = γ kđ + nγ n; γ đnđ = γ bhđ - γ n
MỘT SỐ CHỈ TIÊU CƠ LÝ ĐÃ TÍNH ĐỔI
đ
γk
γ tnđ
γ bhđ
γ đnđ
ϕ ẩm
ϕ bh
Loại đất
tgϕ ẩm
tgϕ bh

3
3
3
3
(T/m ) (T/m ) (T/m ) (T/m )
(độ)
(độ)
Đất đắp
1,62
1,94
1,97
0,97
23
0,424
20
0,363
Đất nền
1,59
1,97
1,98
0,98
26
0,487
22
0,404
Đất cát
1,60
1,89
2,00
1,00

30
0,577
27
0,509
Đất sét
1,58
1,93
1,96
0,96
17
0,305
13
0,230
Để tiện xác định các đại lượng trong công thức (4-1) ta tiến hành lập bảng tính.
Sơ đồ tính toán cho trường hợp cơ bản. (xem các bảng tính và hình vẽ kèm theo)
Từ kết quả tính toán ta có:
* Hệ số ổn định mái hạ lưu, trường hợp cơ bản tại chân ra A là: K minmin = 1,425
3> Đánh giá tính hợp lý của mái :
Mái đập đảm bảo an toàn về trượt nếu thỏa mãn điều kiện :
Kminmin ≥ [K]
(4-2)
Trong đó [K] phụ thuộc cấp công trình và tổ hợp tải trọng được tra từ bảng P 1-7 (Phụ
lục I) QP VN11-77. Công trình cấp II; tổ hợp tải trọng chủ yếu [K] = 1,30
Với Kminmin = 1,425 > [K] = 1,30. Vậymái đập hạ lưu đảm bảo ổn định, an toàn và
hợp lý về điều kiện kinh tế.

CHƯƠNG V :
CẤU TẠO CHI TIẾT
I/ ĐỈNH ĐẬP :
Do không có yêu cầu làm đường giao thông nên mặt đỉnh đập chỉ phủ lớp đá dăm

dày 20 cm để bảo vệ và được đánh dốc về hai phía với độ dốc i = 3% để thoát nước mưa.
II/ BẢO VỆ MÁI ĐẬP :
1/ Với mái thượng lưu :
- Chọn hình thức bảo vệ mái: ứng với trường hợp MNDBT, theo kết quả tính toán ở
chương II có hs1% = 2,36m >1,25m → chọn hình thức bảo vệ mái bằng tấm bê tông lát.
- Chiều dày tấm bê tông xác định theo điều kiện ổn định chống đẩy nổi và lật, trong
đồ án này sơ bộ lấy chiều dày = 25cm
- Kích thước tấm bê tông chọn: (bxh) = (70x70) cm
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 13 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

- Phạm vi lát mái thượng lưu được tính từ ∇ ÑÆNH ÑAÄP = 108 m xuống dưới cao trình
mực nước chết một đoạn là 1,5hs1%. Ta có 1,5 hs1% = 3,54 m.
→ cao trình thấp nhất cần lát mái là: ∇MNC – 3,54 = 85 – 3,54 = ∇81,46m
Để thuận tiện trong quá trình thi công chọn phạm vi lát mái thượng lưu từ cao trình
đỉnh đập 108 m đến cao trình 81 m.
2/ Với mái hạ lưu :
Mái hạ lưu cần được bảo vệ chống xói do nước mưa gây ra, ở đây ta dùng hình thức
trồng cỏ, dưới lớp cỏ rải lớp đất màu dày 10 cm. Trên mái đào rãnh nhỏ nghiêng so với trục
đập góc 450, trong rãnh bỏ đá dăm để tập trung nước mưa, nước từ rãnh tập trung vào
mương bố trí ở ngang cơ, mương ngang dốc về hai bờ nối vào mương dọc dẫn nước về hạ
lưu.

III/ NỐI TIẾP ĐẬP VỚI NỀN BỜ :

1/ Nối tiếp đập với nền :
Về hình thức chống thấm cho nền đã được nêu trên. Ở đây đề cập việc xử lý mặt tiếp
giáp giữa thân đập và nền. Bóc bỏ lớp phong hóa nền từ (0,3 ÷ 1,0)m
2/ Nối tiếp đập và bờ :
Cần đảm bảo yêu cầu như nối tiếp đập và nền, ngoài ra ở chỗ nối tiếp với bờ thiết bị
chống thấm được cắm sâu vào lớp đá là 2m.
Mặt nối tiếp thân đập với bờ không đánh cấp, không làm độ dốc quá cao. Không cho
phép làm dốc ngược.

PHẦN II : THIẾT KẾ CỐNG NGẦM
CHƯƠNG MỞ ĐẦU
NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG
I> NHIỆM VỤ CẤP CÔNG TRÌNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU THIẾT KẾ
1> Nhiệm vụ :
Cống có nhiệm vụ lấy nước tưới cho 165.000 ha lúa, đồng thời cung cấp nước sinh
hoạt cho nhân dân ở vùng hạ lưu.
2> Cấp công trình: Được xác định theo 2 điều kiện:
a/ Theo nhiệm vụ:
Cống lấy nước tưới cho 165.000 ha > 50.000 ha theo TCVN 5060-90 thì cống thuộc
cấp II
b> Theo cấp chung của cả công trình đầu mối:
Vì cống là một trong những công trình quan trong ở khu đầu mối. Ở phần thiết kế
đập đất cấp của công trình được xác định là cấp II, do đó cống ngầm lấy nước dưới đập
cũng thuộc cấp II.
Kết luận: Từ 2 điều kiện trên ta chọn cấp công trình là cấp II.
3> Các chỉ tiêu thiết kế: Với công trình cấp II, ta xác định được các chỉ tiêu cần thiết cho
việc tính toán thiết kế cống như sau:
- Tần suất lưu lượng P% = 0,5%

- Hệ số vượt tải:
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 14 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

+ Trọng lượng bản thân công trình
n = 1.05
+ Ap lực thẳng đứng của trọng lượng đất n = 1.10
+ Ap lực bên của đất
n = 1.20
+ Ap lực nước trong cống
n = 1.00
- Hệ số điều kiện làm việc
m = 1.00
- Hệ số tin cậy
Kn = 1.20
* Tài liệu cho trước
- Mực nước dâng gia cường:
MNDGC = 112 m.
- Mực nước dâng bình thường:
MNDBT = 109 m.
- Mực nước chết:
MNC = 91 m.

- Lưu lượng thiết kế cống : Qtkế = 4 m3/s. Ứng với MNC.
- Cao trình mực nước khống chế tưới tự chảy đầu kênh Zđkênh = 90,78 m.
II> CHỌN TUYẾN VÀ HÌNH THỨC CỐNG :
1> Tuyến cống :
Tuyến cống phụ thuộc vào nhiều yếu tố, vị trí khu tưới, điều kiện địa chất nền và
quan hệ với các công trình khác. Ở đây, tràn xả lũ chuyển tải lượng nước lũ qua lưu vực
khác nên ta có thể đặt cống ở bờ phải hay bờ trái đập đều được. Khi quyết định đặt bờ nào
phải xem xét vị trí khu tưới và điều kiện địa chất. Căn cứ vào mặt cắt địa chất tuyến đập ta
thấy rằng địa chất 2 bờ tương đối giống nhau, tầng thấm rất dày nên cống sẽ được đặt trên
nền lớp bồi tích thềm sông. Mặt khác, ta lại thiếu tài liệu bình đồ khu tưới do đó có thể xác
định tuyến cống dựa vào bình đồ đập chính. Ở đây ta chọn tuyến đặt cống ở bờ phải đập.
2> Chọn hình thức cống :
- Vì cống đặt dưới đập đất, mực nước thượng lưu khi lấy nước thay đổi nhiều (từ
MNC đến MNDBT) nên chọn hình thức hợp lý nhất là cống ngầm lấy nước không áp.
- Vật liệu làm cống là bê tông cốt thép, có tiết diện là hình chữ nhật.
- Để khống chế lưu lượng ta dùng tháp van. Trong tháp van có bố trí van công tác và
van sửa chữa. Vị trí đặt tháp van sơ bộ chọn ở khoảng giữa mái dốc thượng lưu tại vị trí đặt
cống.
3> Sơ bộ bố trí cống:
Từ vị trí đặt cống và mặt cắt đập đất đã thiết kế. Sơ bộ bố trí cống để từ đó xác định
chiều dài cống làm căn cứ cho việc tính toán thủy lực cống sau này. Để sơ bộ xác định chiều
dài cống có thể chọn cao trình đáy cống thấp hơn MNC là 1,5 m đồng thời đáy cống ở
thượng lưu đặt cao hơn mức bùn cát lắng đọng. Cao trình đáy cống sẽ được xác định chính
xác ở phần tính toán thủy lực.
Vậy Zđáy cống = 85 – 1,5 = 83,5 m.
Căn cứ vào cao trình đáy cống chọn sơ bộ này cùng với tuyến cống và mặt cắt ngang
đập ta xác định sơ bộ chiều dài cống là Lcống = 172 m.

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 15 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

CHƯƠNG I
THIẾT KẾ KÊNH HẠ LƯU CỐNG
I/ THIẾT KẾ MẶT CẮT KÊNH:
Kênh hạ lưu cống được thiết kế trước để làm căn cứ cho việc tính thủy lực cống.
1- Tài liệu thiết kế:
- Lưu lượng thiết kế:
QTKẾ = 4 m3/s. (theo tài liệu đã cho). Từ đó ta có:
- Lưu lượng lớn nhất: QMAX = 1,2. QTKẾ = 1,2x4 = 4,8 m3/s.
- Lưu lượng nhỏ nhất: QMIN = 0,4. QTKẾ = 0,4x4 = 1,6 m3/s.
- Dựa vào tài liệu địa chất nơi kênh đi qua là đất cát pha. Sơ bộ ta chọn các chỉ tiêu
thiết kế như sau (Theo TCVN-4118-85) :
+ Độ dốc đáy kênh:
ik = 1/5000
+ Độ nhám lòng kênh: n = 0,025
+ Hệ số mái kênh
: m = 1,5
2- Xác định bề rộng đáy kênh (bk) và chiều sâu nước trong kênh (h0) :
- Dựa vào các yếu tố đã có như trên (m, i k, n, QTKẾ và MNC) ta giả thiết hk theo
phương pháp mặt cắt lợi nhất về thủy lực. Từ đó tính được bk sao cho tỷ số bk/hk = (2÷5).
- Vận tốc không xói theo TCVN-4118-85 được xác định sơ bộ theo công thức:
Vkx = K.Q0.1

Trong đó: Q: Lưu lượng thiết kế của kênh QTKẾ = 4 m3/s.
K: Hệ số phụ thuộc vào đất lòng kênh, với đất cát pha, K = 0,53
⇒ Vkx = 0,53.4 0.1 = 0,61 m/s
- Sơ bộ xác định chiều sâu h0 theo công thức kinh nghiệm sau:

h 0 = 0,5.(1 + Vkx ).3 Q TKEÁ = 0,5.(1 + 0,61).3 4 = 1,28 m
- Xác định bề rộng bk theo phương pháp đối chiếu với mặt cắt lợi nhất về thủy lực
ứng với h0 = 1,28 m, QTKẾ = 4 m3/s.
+ Trình tự tính toán như sau:
Với m = 1,5 ⇒ 4mo = 8,424. Xác định f(Rln) theo công thức sau:

f (R ln ) =

4m 0 i k 8,424. 0,0002
=
= 0,0298
Q
4

Tra phụ lục (8-1) của Tập các bảng tính thủy lực ta được Rln = 0,94 m
→ h/Rln = 1,28/0,94 = 1,361 → Tra phụ lục (8-3) được b/Rln = 4,4
⇒ b = b/Rln . Rln = 4,4x0,94 = 4,14 m.
Chọn b = 4,1 m ⇒ tỷ số b/h = 4,1/1,28 = 3,20: đảm bảo điều kiện 2 < b/h < 5.
Vậy ta có bề rộng kênh là: bk = 4,1 m, chiều sâu nước trong kênh là h0 = 1,28 m
3- Kiểm tra điều kiện không xói :
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 16 -

Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

- Vì kênh dẫn nước từ hồ chứa nên hàm lượng bùn cát trong nước nhỏ. Ta không cần
kiểm tra điều kiện bồi lắng mà chỉ kiểm tra điều kiện xói lở, tức là phải khống chế
Vmax < [Vkx]
Vmax : Vận tốc lớn nhất trong kênh tính với Qmax = 1,2 QTK = 4,8 m3/s.
- Bằng phương pháp tính toán tương tự như trên ta được hmax = 1,41 m
Ta có Vmax =

Q max
4,8
→ Vmax =
= 0,55 m/s
ϖ max
(1,5.1,41 + 4,1).1,41

Vậy với Vmax = 0,55 (m/s) < [Vkx] = 0,616 (m/s) ⇒ Kênh thiết kế không bị xói lỡ.
* Các thông số kỹ thuật của kênh: ứng với QTKẾ = 4,0 m3/s.
bk = 4,10 m.
h0 = 1,28 m.
m = 1,50.
i = 1/5000; n = 0,025
4- Tính độ sâu trong kênh ứng với các cấp lưu lượng :
Theo tài liệu cho trước với Q MNDBT = 3,1 m3/s và QMNC = QTKẾ = 4 m3/s, ta tiến hành
tính toán độ sâu trong kênh (lập quan hệ Qi~h0i ) ứng với các cấp lưu lượng thay đổi từ (3,1 4) m3/s. Bằng phương pháp tính toán tương tự như trên ta có kết quả như bảng sau:
Q (m3/s)

m
n
i
bk (m) h0 (m)  (m2) V (m/s)
3.1
1.11
6.41
0.48
3.3
1.15
6.71
0.49
3.5
1.19
6.99
0.50
1.5
0.025 0.0002
4.1
3.7
1.22
7.27
0.51
3.9
1.26
7.55
0.52
4
1.28
7.69

0.52

-------------------------------

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 17 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN KHẨU DIỆN CỐNG
I/ TRƯỜNG HỢP TÍNH TOÁN :
-Mực nước dâng bình thường: MNDBT =140,5m.
-Mực nước chết : MNC = 112,5 m.
-Lưu lượng thiết kế cống : Qtkế = 4,8 m3/s. Ứng với mùa kiệt.
-Cao trình khống chế tưới tự chảy Zkchính = 112,27 m.
Để lấy đủ lưu lượng cần mở hết cửa van (Ứng với MNC).
Khẩu diện cống được tính với trường hợp chênh lệch mực nước thượng hạ lưu nhỏ
và lưu lượng lấy nước tương đối lớn. Thường tính với trường hợp MNC ở thượng lưu, còn
mực nước hạ lưu là mực nước khống chế đầu kênh tưới Z đkênh, chênh lệch mực nước thượng
hạ lưu khi đó sẽ là: [∆Z] =MNC - Zđkênh = 85-84,77 =0,23 m.
m

172

Trong đó :
Z1: tổn thất cột nước ở cữa vào.
Zp: tổn thất cột nước do khe phai.
Zl: tổn thất qua lưới chắn rát.
Zv: tổn thất cột nước ở tháp van.
iL: tổn thất dọc chiều dài cống
i: dộ dốc dọc cống; L: chiều dài cống L = 172m
II/ Tính bề rộng cống :
Bề rộng cống phải đủ lớn để lấy được lưu lượng cần thiết Q TKẾ = 4 m3/s khi chênh
lệch mực nước thượng hạ lưu [∆Z] đã khống chế, tức là phải đảm bảo được điều kiện ∑Zi<
= [∆Z] = 0,23 m. (*)
Trong đó : ∑Zi = Z1+Zp+Zl+Zv+Z2+iL.
Bề rộng cống Bc được tính toán thử dần đến khi thoả mãn điều kiện (*).
Xác định các cột nước tổn thất:
1/ Tổn thất ở cữa ra :
Dòng chảy từ bể tiêu năng qua kênh hạ lưu xem như dòng chảy qua đâp tràn đỉnh
Q2
αV 2 b
−
rộng chảy ngập. Khi đó Z2 =
(1).
2g
2 g (ϕ n bhn ) 2
Trong đó b : bề rộng cuối bể tiêu năng.
Hhạ chiều sâu nước hạ lưu ứng với lưu lượng tính toán.
ϕn : hệ số lưu tốc ( trường hợp chảy ngập.
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 18 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

Vb: lưu tốc bình quân trong bể tiêu năng.
Chọn trước chiều sâu bể tiêu năng theo cấu tạo dbể = 0,4 m.
ωbể = bbể*hbể = (m2).
Qbe
(m / s )
Vbể =
ωbe
Tra bảng ϕn = 0,95 với cạnh vào vuông.
2/ Tổn thất dọc đường:
Xem dòng chảy trong cống là đều với độ sâu: h1 = hh +Z2 (m).
Khi đó tổn thất dọc chiều dài cống là iL. Với I độ dốc của cống được xác định như
sau:
2

 Q 

I= 
 ωc R 
Trong đó : ω = bc*h1 (m2).
χ =bc+2h1
ω
R = (m )
χ

y
C= 1/n *R .
n hệ số nhám của cống = 0,014 ; y=1,5* n .
L= 274,52 m..
3/ Các tổn thất cục bộ :
Được xác định theo công thức chung của vây bắc:
αV 2
Zi =ξi*
2g
Với ξI hệ số tổn thất
+Đối với khe phai, khe van được xác định dựa theo qui phãm thiết kế cống dưới sâu:
ξvan =ξphai = K*ξ =2*0,05 =0,1
+Đối với ξlưới chắn rác được xác định dựa vào cẩm nang thủy lực.
Khi lưới chắn rác đặt vuông góc với dòng chảy đến thì:
4/3
S
ξlưới = β*(   * Sinα
b
Kết quả tính ra ξlưới = 0,11
4/ Tổn thất cữa vào xác định theo công thức đập tràn đỉnh rộng chảy ngập:
Q2
αV 2 o
−
Z1 =
2g
2 g (εϕ nω ) 2
Trong đó ε hệ số co hẹp bên lấy = 0,98.
ϕn : hệ số lưu tốc lấy =0.95
ω : Diện tích mặt cắt ươc sau cữa vào.
ω= ht*bc.

Trong đó ht = (h1+Zv+Zl+Zp).
Vo
: Lưu tốc tiến gần
Để đơn giản trong quá trình tính toán xác định bề rộng Bc ta tiến hành lập bảng tính
toán như sau:
Cuối cùng theo điều kiện (*) ta chọn được bc = 2,7 m
III/ Tính chiều cao cống và cao trình đặt cống:
SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 19 -


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

1/ Chiều cao cống : Hc
Hc = H1 +∆
Trong đó : h1 = hhạ + Z2 .
Q2
αV 2 b
−
Mà Z2 =
(1).
2g
2 g (ϕ n bhn ) 2

Z2 =

4,8 2
1 * 4,8 2
−
= 0,04m (1).
19,62(0,95 * 2,7 *1,37) 2 (2,7 *1,77) 2 * 19,62

Do đó : h1 = hhạ + Z2 = 1,37+0,04 =1,41 m.
Ta cần chọn ∆ =0,59 m để Hc = H1 +∆ = 1,41 +0,59 =2m
Kích thước của cống cần chọn (b*h) =(2,7*2,0)m
2/Cao trình đặt cống:
cao trình đáy cống ở cữa ra :
Zra = Zkênh chính – hhạ =112,27-1,37 =110,90 m.
Cao trình đáy cống ở cữa vào:
Zvào Zra +iL =110,90 + 0,14 = 111,04 m

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 20 -


BẢNG TÍNH TOÁN BỀ RỘNG CỐNG Bc
Các số liệu cho trườc:
l=
v

0,11 Q=
0,1 d=

4,8 m3/s L=
0,4 m

274,52 m

y=0,17
2

2g=

19,62 m/s
1

=

0,98

=

hh=

1,37 m

n=

=

0,95

hbể =

ht

s

Q2/2g(
)2

V2o/2g

Z1

c

c

R

m

m2

m

m

m

m2

m

m

7

8

9

10

11

12

13

14

1

Bc

Z2

h1

Zv

l

m

m

m

m

m

pha
i
m

1

2

3

4

5

6

0,014

1,77 m

C

2

0,08

1,45 0,014 0,015 0,013

1,49 2,98

0,152 0,1319

0,020

2,9

4,90

0,59

6

2,2

0,07

1,44 0,012 0,013 0,011

1,47 3,24

0,129

0,112

0,017 3,16

5,07

0,62

6

2,4

0,06

1,43

0,01

1,46 3,49

0,111 0,0962

0,015 3,42

5,25

0,65

6

2,6

0,05

1,42 0,009 0,009 0,008

1,44 3,75

0,096 0,0834

0,013 3,68

5,43

0,68

6

2,7

0,04

1,41 0,008 0,009 0,008

1,44 3,88

0,090 0,0779

0,012 3,82

5,53

0,69

6

2,8

0,04

1,41 0,008 0,008 0,007

1,43 4,01

0,084 0,0729

0,011 3,95

5,62

0,7

6

3

0,04

1,41 0,007 0,007 0,006

1,43 4,28

0,074 0,0642

0,010 4,22

5,81

0,73

6

3,2

0,03

1,40 0,006 0,006 0,006

1,42 4,54

0,066 0,0569

0,009 4,48

6,00

0,75

3,4

0,03

1,40 0,005 0,006 0,005

1,41 4,81

0,059 0,0508

0,008 4,75

6,20

0,77

6

3,6

0,02

1,39 0,005 0,005 0,005

1,41 5,07

0,053 0,0456

0,007 5,02

6,39

0,79

6

3,7

0,02

1,39 0,004 0,005 0,004

1,41 5,21

0,050 0,0433

0,007 5,16

6,49

0,79

6

0,01 0,011


Chương 4 : KIỂM TRA TRẠNG THÁI CHẢY TÍNH TOÁN TIÊU NĂNG

*Trường hợp tính toán:
Khi mực nước thượng lưu cao chỉ cần mở một phần cữa van để lấy lưu lượng cần
thiết. Donăng lượng dòng chảy lớn nên dòng chảy sau cữa van là dòng chảy xiết, dòng xiết
này nối tiếp dòng êm của kênh hạ lưu sẽ sinh ra nước nhảy. Vậy cần tình toán để :
Kiểm tra xem nước nhảy có xảy ra trong cống không. Thường với các mực nước cao
ở thượng lưu, cần không chế không cho nước nhảy trong cống để tránh gây rung đông cống
gây bất lợi
-xác định chiều sâu bể cần thiết để giới hạn nước nhảy ngfay sau cữa ra cũa cống,
tránh xói lở hạ lưu vậy ta đưa ra trường hợp tính t6oán như sau :
-Mực nước dâng bình thường: MNDBT =140,5m.
-Mực nước chết : MNC = 112,5 m.
-Lưu lượng tháo qua cống : Qtkế = 4,4 m3/s. Ứng với (MNDBT).
-Lưu lượng tháo qua cống ứng với Qmax =1,2 *4,4 =5,28 m3/s.
(Chèn hình vẽ)
I/Xác định độ mở cống:
-Tính theo sơ đồ dòng chảy tự do qua lỗ
Q = ϕ * α * a * Bc * 2 g ( H o − α * a )
'

Trong đó :j : hệ số lưu tốc phụ thuộc vào hình dạng cữa vào , cữa vào tương đối
thuận ta chọ ϕ =0,95
 a 

+α : hệ số co hẹp đứng phụ thuộc vào tỉ số 
 Ho 
+Ho” : cột nước tính toán trước cữa vào
Ho” = Ho –hw
hw : Cột nước tổn thất từ cữa vào đến vị trí cữa van.
Hw= (Zl+Zv+Zp) =0,129 m.
α *v2

1,1 * 0,95 2
Ho =(MNDBT –Zđáy cống) +
=(140,5- 111,04)+
=29,58 m
2g
19.62
H ' o =29,58 –0,129 = 29,45 m.
Trình tự tính toán :
+Giả thiết độ mở cống a.
 a 
 , tra bảngta được τc Tính hc =τc* H ' o
+Tính tỉ số 
Ho


a


 * H 'o
+Tính a = 
 Ho 
+Kiểm tra lại lưu lượng qua cống nếu phù hợp thì độ mở cống đúng.
Kết quả xác định độ mở cống a ứng với Qmax
Q
a
Qso sánh
a
ε
H 'o
Ho

3
m /s
m
m
m3/s
5,28
29,45
0,1
0,0035
0,64
5,282
'
Ta có hc = τc* H o = 0,0022*29,45 =0,07 m
II/ Kiểm tra trạng thái chảy trong cống:
+Vẽ đường mực nước để tìm độ sâu nước cuối cống.
a/ Theo phương pháp định tính:


Đồ án môn học Thủy Công

Thiết kế Đập Đất

Trường hợp bất lợi nhất là cống tháo với lưu lưỡng Qmax =5,28 m 3/s, mực nước
thượng lưu là MNDBT.
Ta có : hc = 0,07 m.
1/Xác định độ sâu dòng đều: Q = Qmax =5,28 m3/s.
Trường hợp này tính cho mặt cắt chữ nhật các số liệu để tính:
- Hệ số mái m =0;
- n=0,014;
Độ dốc cống I= 1/2000 =0,0005

Tính f(RLN)
Q
5,28
= 29,51
4
m
*
i
8
,*
0
,
0005
0
f(RLN) =
=
Với n = 0,014 tra bảng ta có :Rln =0,72 .
b
2,7
h
=
= 3,75 ⇒
= 2,146 (ứng với m =0).
Lập tỉ số :
Rln 0,72
Rln
h
* R ln = 2,146 * 0,72 = 1,54m
Vậy h=
R ln

Độ sâu dòng đều trong cống là : ho=1,54 m.
2/Xác định độ sâu phân giới:
Q 5,28
=
= 1,95m 2 / s
q= bc 2,70
.

α * q 2 3 1,1 * 1,95 2
= 0,75m
=
g
9,81
Dễ dàng nhận thấy hc< hk< ho nên dạng đường nước sau cữa van là đường nước
dâng CI.
b/ Định lượng:
Xuất phát từ mặt cắt co hẹp:(c-c).
Dùng phương pháp cộng trực tiếp để vẽ đường mặt nước trong cống.
Các số liệu phục vụ tính toán:
+ I: độ dốc đáy cống I=1/5000
∆∋
+ ∆l =
Với ∆ϑ = ∋ 2 − ∋1
i− j
hk = 3

∋= h +

α *v2
2g

Lấy α =1,1 để tính.
2

J1 + J 2
 V 
;J = 
 .
2
C R 
Q
Hệ số cêdy : C=
.
ω* R
Độ sâu ban đầu tính toán là độ sâu hc tại mặt cắt co hẹp c-c cách cữa van 1 đoạn là
Lc = 1,4 4*a = 1,44*0,15 =0,21 m.
Sơ bộ chọn cữa van ở giữa mái đập thượng lưu, từ đó xác định được chiều dài từ cữa
van đến cuối cống :∑L =195,90 m
HÌNH VẼ MINH HOẠ TÍNH ĐƯỜNG MẶT NƯỚC
Jtbình =

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 25 -


Đồ án môn học Thủy Công

140,5

Thiết kế Đập Đất

146,7
M=3,6

m=4

113,04
2m
m

111,04
m
195,90m

SV: Nguyễn Xuân Trường Sơn

Lớp TH11

Trang - 26 -


BẢNG TÍNH ĐƯỜNG MẶT NƯỚC TRONG CỐNG
2g=

19,62 m/s2

hc=

0,07 m

I=

Mặt cắt
1
c-c



h



2

3

4

5

6

0,09

0,243

21,728

26,47

26,56

0,014

Bc=





5,28 m3/s

n=

5E-04

v2/2g

V

Q=

2,7 m


7

R

C*R1/2

J

J

8

9

10

11

2,88

0,084

14,7

2,1848

3,1

0,174

23,83

0,1684

3,16

0,197

27,23

0,0975

3,3

0,245

30,38

0,0460

3,34

0,259

31,14

0,0385

3,4

0,278

32,61

0,0294

3,7

0,365

38,15

0,0105

3,9

0,415

41,97

0,0060

4,1

0,461

44,41

0,0040

4,18

0,478

46,74

0,0032

-21
1-1

0,2

0,54

9,7778 5,3601

5,56
-1,2771

2-2

0,23

0,621

8,5024

4,053

4,283
-1,6007

3-3

0,3

0,81

6,5185 2,3823

2,682
-0,2685

4-4

0,32

0,864

6,1111 2,0938

2,414
-0,3136

5-5

0,35

0,945

5,5873 1,7502

2,1
-0,7426

6-6

0,5

1,35

3,9111 0,8576

1,358
-0,1621

7-7

0,6

1,62

3,2593 0,5956

1,196
-0,058

8-8

0,7

1,89

2,7937 0,4376

1,138
-0,006

9-9

Mặt cắt
1

0,74

1,998



h
2

2,6426 0,3915

αv2/2g

V
3

4

5

1,132




6


7

R

C*R1/2

J

J

8

9

10

11

4,4

0,522

47,88

0,0023

4,5

0,54

49

0,0020

0,01522
10-10

0,85

2,295

2,3007 0,2968

1,147
0,01794

11-11

0,9

2,43

2,1728 0,2647

1,165

GIẢI THÍCH:
1: tên mặt cắt.

9/ R=

ω
.
χ